气动人工肌肉是一种新型的柔顺性驱动器,但由于采用硅胶等非线性材料而存在明显的迟滞现象,并且其滞环参数随着负载的不同而变化。本文基于广义Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,引入气动肌肉的负载参数,建立了计及动态负载的迟滞模型Load-dependent generalized Prandtl-Ishlinskii(LGPI)。在0~100N的负载范围内进行实验,验证了该模型能较好地描述气动肌肉在动态负载作用下的不对称迟滞特性,其滞环回路位置误差最大不超过1mm。将LGPI模型的逆作为PID控制的前馈环节,以控制气动肌肉驱动的机械单指灵巧手手指,在不同负载下进行角度跟踪实验。与无前馈的PID控制实验结果对比分析表明,增加基于LGPI模型的前馈环节能提高控制系统的响应速度和控制精度。

为解决目前超高速卷接机组伺服驱动控制系统中伺服电机选型放大的问题,提出了环形耦合控制策略。建立SIM U LIN K交流伺服系统耦合控制仿真模型,进行仿真研究。同时在科尔摩根伺服驱动实验平台上进行环形耦合实验。结果表明,环形耦合控制策略的使用使系统的同步精度得到了提高,使选型放大问题得到改善。

由于液压系统存在着频繁的负载切换,容易产生额外的能量消耗。为了探究动态负载快速切换过程中系统额外能量损耗的变化规律及影响因素,建立了液压系统负载切换的Simulink-AMESim联合仿真模型,将整个系统的能量消耗反映在电机输入端的电能进行研究,得到了不同工况负载的切换过程中系统的额外能耗的影响因素。其中负载差对整个系统的额外能量消耗影响最大,切换后的负载对额外能量损耗占切换过程中的整个能量消耗的比例大小影响最大。该结果为实现在负载频繁切换环境下液压系统的节能降耗提供了参考。